希腊米洛斯岛帕利奥科里海湾有着高多样性的浅水热液微生物群落,海岸沉积物中的热液作用强烈影响着这里的生物地球化学过程并支持化学合成,这使得某些微生物(如硫氧化细菌)能够像光合植物或藻类那样,利用化学能而不是光能将二氧化碳转化为细胞物质。然而,流体流动对微生物群落组成和化学合成产量的影响尚不清楚,因为在自然条件下,尤其是在热液系统中,测量微生物过程是一项挑战。
美国伍兹霍尔海洋研究所的研究人员研究了浅水热液系统和微生物的产生。他们使用一种创新方法来检测海湾浅水热液系统,以及在原位和接近自然条件下微生物的产生,以此作为模型来评估热液循环对化学合成的重要性。
研究发现,通过直接检测海湾中受热液影响的砂质沉积物中的微生物群落,可以证明液流在塑造浅水热液喷口微生物群落的组成和活动方面的重要性,并将其确定为微生物活动的热点。流体流动刺激受热液影响的海岸沉积物中的化学自养。相关研究成果发表在《通讯-地球与环境》(Communications Earth & Environment)上。
此外,研究人员还表示,这项研究显示了浅水热液口的实际生产力,以及微生物适应不断变化的条件的速度。在这项研究中,研究人员进行了两组稳定同位素探测实验,使用稳定碳同位素13C标记的二氧化碳作为示踪剂,以确定微生物的固碳能力。通过部署孵化装置,在开放或封闭的流体流动模式下,在不同深度向沉积物中注入示踪剂,并将装置放置在原位6小时或24小时后再收起。
固碳量是通过测量标记的二氧化碳与脂肪酸(构成细胞膜的关键成分)的结合来确定的,结合使用基于DNA和RNA的方法评估微生物群落的组成。
数据显示,在这个沙质沉积物的浅水热液口处,活跃的流体流动维持着固碳率,这是沿海边缘沉积物所确定的最高固定率之一,突出了热液作用在支持化学自养生产方面的影响,它以电子供体(如硫化氢)和受体(如氧气)的形式提供所需的化学物质。
该研究还发现了一个非常活跃的微生物群落,能够对环境变化做出快速反应。一些区域的化学合成生产主要由Campylobacteria这种细菌驱动,其在开放培养中占主导地位,但在封闭培养中下降。其他细菌,尤其是Gammaproteobacteria,是在开放流体培养中增加,而其他细菌,如Deltaproteobacteria和Thermodusfobacteria,则是在封闭培养中增加。总的来说,微生物群落从一个以化学合成微生物为主的群落转变为一个异养微生物比例较高的群落,微生物群落在几个小时内随着不同条件的变化而变化。(王琳 编译)